隨著科技和社會的不斷進步,各類電子設備以及動力汽車高速發(fā)展,使得人們對儲能系統(tǒng)的要求不斷提高,同時,不可再生能源的日益枯竭和越來越嚴峻的環(huán)境問題也使得開發(fā)一種安全高效的儲能系統(tǒng)變得越來越迫切。鋰離子電池自商業(yè)化以來由于其穩(wěn)定性好,循環(huán)壽命長,便攜等優(yōu)點受到人們的青睞。但是,目前傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料的理論容量較低且其成本較高,因此其進一步發(fā)展受到了限制。近年來,單質硫由于其較高的理論容量和能量密度,資源豐富,環(huán)境友好和價格低廉等特點受到人們的廣泛關注。然而,將其用于鋰硫電池正極材料時仍然面臨著很多挑戰(zhàn),例如,活性材料硫與放電終產物Li₂S/Li₂S₂差的導電性,材料密度差引起的循環(huán)過程中材料明顯的體積變化以及電極中間放電產物多硫化物在正負極之間遷移導致的“穿梭效應”。為了更好地解決以上問題,本文以ZIF-67為前驅體,通過合理設計鋰硫電池正極復合材料來有效的改善電池的電化學性能。（1）本文通過簡單的室溫靜置法制備ZIF-67菱形十二面體前驅體,前驅體分散均勻,粒徑均一,將ZIF-67前驅體經(jīng)過進一步的回流和煅燒過程,制... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰硫電池(a)電極反應示意圖(b)充放電曲線[19]

(2)反應中間產物長鏈多硫化物極易溶解在醚類有機電解液中,因此電池正極會聚集較多的長鏈多硫化物,形成濃度差,這些多硫化物在濃度梯度驅動下會從電池正極逐漸擴散到金屬鋰負極,其中一部分與鋰金屬在負極進一步還原生成短鏈多硫化物,使得這部分活性物質很難再被利用;另一部分則受電場以及濃度梯度影響,回到正極重新被氧化,從而導致嚴重的“穿梭效應”。因此正極活性物質不斷減少,電池的庫倫效率降低,容量衰減嚴重,同時這些擴散到鋰金屬負極的多硫化物也容易腐蝕金屬鋰,導致了電池的自放電現(xiàn)象比較嚴重。(3)由于單質硫和Li2S的密度不同,因此在反應前后不可避免的會出現(xiàn)體積變化問題,經(jīng)計算,單質硫在鋰化反應之后體積膨脹約為80%。在電池不斷地充放電過程中,明顯的體積變化導致電極結構的粉碎和坍塌,使電極材料中活性物質發(fā)生脫離以及各部分失去接觸,電池內阻增大,電池的容量和循環(huán)穩(wěn)定性降低,電池壽命縮短。

Li等人[28]通過自模板方式,以竹葉為原料,經(jīng)過酸刻蝕和碳化的方法制備出一種多孔碳材料(HPCMs),其合成示意圖如圖1.4所示。具有三維連通性和納米級有序結構的竹葉衍生的HPCMs材料導電性高,比表面積大。SiO2NPs衍生出的介孔結構可以為單質硫提供更多的存儲空間,HPCMs/S中硫含量高達70.26%。結果表明,HPCMs/S材料在電流密度為1 C時,200圈循環(huán)后容量仍然能保持707 mAh g-1。Jayaprakash等人[29]通過簡便方法合成介孔中空碳膠囊,并將單質硫包裹在介孔中空碳膠囊的內部。這種碳膠囊可以抑制多硫化物的穿梭效應,多孔的外殼有利于電子的良好輸運和單質硫的順利進入,制備的C@S納米膠囊在低、高電流密度下均表現(xiàn)出良好的電化學性能。(2)碳納米管/纖維-硫復合材料

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3036652